卫星通信—第四讲 链路计算
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4
E类站(14/11)
F类站(6/4) F-1
G T ≥ 22.7 + 20 lg f 4
11米 4.5--5米
F-2
G T ≥ 27.0 + 20 lg f 4
7.5--8米
F-3 G T ≥ 29.0 + 20 lg f
4
9--10米
Quality Grade
Excellent 5
Good
4
Fair
=
Pt Gt Gr
λ 4πR
2
• 自由空间传播损耗(路程损耗)
Lf
=
4π R λ
2
=
4π fR c
2
Pr
=
Pt G t G r Lf
(常称通信距离方程)
当用d(m), λ(m)表示时,
[ ]L f = 22 + 20 lg d − 20 lg λ
( dB)
当用d(m), f(GHz) 表示时
例如 A类站(6/4)
G T ≥ 35 .0 + 20 lg f 4
天线直径15-18米
B类站(6/4) G T ≥ 31 .7 + 20 lg f
4
C类站(14/11) G T ≥
11--14米
D类站(6/4) D-1
G T ≥ 22.7 + 20 lg f 4
5米
D-2 G T ≥ 31.7 + 20 lg f
0.148 f 2 v1m.43
式中频率f的单位为(GHz),
能见度νm 的单位为(m)
密雾 Vm < 50m 浓雾 50<Vm<200m 中等 200<Vm<500m
大气折射影响
• 波束上翘且起伏 • 散焦损耗Lde和漫射损耗Ldi • 大气闪烁 • 这些都是对低仰角
< 5o 系统影响较大
天线方向跟踪误差损耗
3
Poor
2
Bad
1
Impairment
Weighted S/N
Imperceptible
> 48.0dB
Perceptible but not annoying 42.0dB
Slightly annoying
38.0dB
Annoying
34.0dB
Very annoying
< 30.0dB
卫星通信系统中的传输损耗与实际接收功率
C N
与Gr
Ts
成正比,因此把G/T作为系统的评定标准.
• 门限载噪比
门限载噪比是指为保证最终解调输出的话音,图像和数据 有必要的质量,接收机输入端所必须得到的最低载噪比.这里所 谓质量对模拟信号来说是用信噪比来衡量的.而对数字信号来 说则用误码率度量.
门限载噪比与采用的调制方式和解调方式有关
INTELSAT各类地球站的差别就在于G/T值不同.
Pr (dBW) = EIRP+ Gr − Lf − La − Lde − Ldi − LTr − Lp
大气损耗
•电离层中电子和离子的吸收 •对流层中氧分子 水蒸汽分 子的吸收和散射 •云 雾 雨 雪的吸收和 散射
雨 云 雾所引起的损耗
云,雾引起的电波损耗 可用如下经验公式计算: 损耗强度(云,雾)=
C (dB) = C (dBHz ) − B(dBHz ) = C (dBw K) + 228.6(dB w K ⋅ Hz) + B(dBHz )
N
n0
T
•品质因数G/T
C N
=
Pr kT s W
=
PtG t G r kTs W
λ 2 4πR
=
Pt G t kW
λ 2 4πR
Gr Ts
• 只考虑自由空间传播损耗,则接收功率为 Pr (dBW ) = EIRP(dBW ) + Gr (dB) − L f (dB)
• 实际上在传播中还有其它损耗: •大气损耗La •大气折射损耗Lde Ldi •天线跟踪误差引起的损耗LTr •极化误差造成的损耗Lp
•综合考虑以上因素 则可得到实际的接收功率为
链路计算
卫星通信链路计算
一 基本概念 接收信号功率 自由空间传输损耗 EIRP C/N G/T 门限载噪比 二 传输损耗 大气损耗 大气折射损耗 天线跟踪误差损耗 极化误
差损耗 三 噪声与干扰 热噪声 太阳噪声 大气和降雨噪声 地面噪声 互调
噪声 四 链路计算
卫星通信系统链路传输中的基本概念
• 接收信号功率 功率通量密度
通常
G(θ
) 中近似表示为
−
G (θ ) ≈ G (0) ⋅ e
2.77
θ θ1
2
2
所以
L ≈ e 2.77
θ θ1
2
2
Tr
其中 θ1 2为天线的半功率宽度
例 f=4GHz, 10m天线 则接收天线
的半功率宽度
θ1
2
≈
70
λ D
=
0.525o
[ ]L f = 92.45 + 20 lg d + 20 lg f (dB)
例:静止卫星通信线路的上行频率为6GHz,下行频率为4GHz,若地球站与 卫星的距离d为40000公里, 则上下行线路的自由空间传输损耗分别为:
[ ]L f u = 92.45 + 92.04 + 15.56 = 200.05
F
=
Pt 4πR2
(W m2)
Pt : 无方向性天线的发射功率 R: 与天线的距离
接收功率
Pr = FAη (W)
Aη : 接收天线的有效接收面积 (m2)
采用有方向性天线时,若发射天线增益为Gt ,接收天线增
益为 Gr,则
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
F
=
Pt G t 4π R 2
(W m2)
Gr
=
4πA λ2
η
Pr
=
Pt Gt Aη 4πR 2
•C/N , C n0 ,C/T 载噪比 C N = Pr A = Pr
kTsWA kTsW
A为接收机系统增益
Ts 为系统噪声温度
由于在卫星通信中一般采用FM或PSK等恒包络调制,因此解调输入信
噪比与载噪比是相同的,故以C/N作为度量.
C= C = C N n0 N kTN
n0 为噪声功率谱密度
T为等效噪声温度
天线指向误差损耗 LTr 定义为:
LTr =
地球站天线指向对准卫星时,卫星(或地球站)接收到的信号功率 地球站天线指向偏离卫星时,卫星(或地球站)接收到的信号功率
= G (0) G (θ )
式中 G(θ ) 为地球站发射(或接收)天线增益方向图的函数
θ 为天线增益最大值方向与卫星方向的偏角
G(0)为天线增益最大值方向的功率增益
(dB)
[ ] [ ] L f
d
=
Lf
u + 20 lg
4 = 200.05 − 3.52 = 196.53 6
(dB)
• 有效全向辐射功率EIRP (Effective Isotropic Radiated Power)
EIRP = PtGt
(W)
EIRP (dBw ) = Pt (dBw) + G(dB)
E类站(14/11)
F类站(6/4) F-1
G T ≥ 22.7 + 20 lg f 4
11米 4.5--5米
F-2
G T ≥ 27.0 + 20 lg f 4
7.5--8米
F-3 G T ≥ 29.0 + 20 lg f
4
9--10米
Quality Grade
Excellent 5
Good
4
Fair
=
Pt Gt Gr
λ 4πR
2
• 自由空间传播损耗(路程损耗)
Lf
=
4π R λ
2
=
4π fR c
2
Pr
=
Pt G t G r Lf
(常称通信距离方程)
当用d(m), λ(m)表示时,
[ ]L f = 22 + 20 lg d − 20 lg λ
( dB)
当用d(m), f(GHz) 表示时
例如 A类站(6/4)
G T ≥ 35 .0 + 20 lg f 4
天线直径15-18米
B类站(6/4) G T ≥ 31 .7 + 20 lg f
4
C类站(14/11) G T ≥
11--14米
D类站(6/4) D-1
G T ≥ 22.7 + 20 lg f 4
5米
D-2 G T ≥ 31.7 + 20 lg f
0.148 f 2 v1m.43
式中频率f的单位为(GHz),
能见度νm 的单位为(m)
密雾 Vm < 50m 浓雾 50<Vm<200m 中等 200<Vm<500m
大气折射影响
• 波束上翘且起伏 • 散焦损耗Lde和漫射损耗Ldi • 大气闪烁 • 这些都是对低仰角
< 5o 系统影响较大
天线方向跟踪误差损耗
3
Poor
2
Bad
1
Impairment
Weighted S/N
Imperceptible
> 48.0dB
Perceptible but not annoying 42.0dB
Slightly annoying
38.0dB
Annoying
34.0dB
Very annoying
< 30.0dB
卫星通信系统中的传输损耗与实际接收功率
C N
与Gr
Ts
成正比,因此把G/T作为系统的评定标准.
• 门限载噪比
门限载噪比是指为保证最终解调输出的话音,图像和数据 有必要的质量,接收机输入端所必须得到的最低载噪比.这里所 谓质量对模拟信号来说是用信噪比来衡量的.而对数字信号来 说则用误码率度量.
门限载噪比与采用的调制方式和解调方式有关
INTELSAT各类地球站的差别就在于G/T值不同.
Pr (dBW) = EIRP+ Gr − Lf − La − Lde − Ldi − LTr − Lp
大气损耗
•电离层中电子和离子的吸收 •对流层中氧分子 水蒸汽分 子的吸收和散射 •云 雾 雨 雪的吸收和 散射
雨 云 雾所引起的损耗
云,雾引起的电波损耗 可用如下经验公式计算: 损耗强度(云,雾)=
C (dB) = C (dBHz ) − B(dBHz ) = C (dBw K) + 228.6(dB w K ⋅ Hz) + B(dBHz )
N
n0
T
•品质因数G/T
C N
=
Pr kT s W
=
PtG t G r kTs W
λ 2 4πR
=
Pt G t kW
λ 2 4πR
Gr Ts
• 只考虑自由空间传播损耗,则接收功率为 Pr (dBW ) = EIRP(dBW ) + Gr (dB) − L f (dB)
• 实际上在传播中还有其它损耗: •大气损耗La •大气折射损耗Lde Ldi •天线跟踪误差引起的损耗LTr •极化误差造成的损耗Lp
•综合考虑以上因素 则可得到实际的接收功率为
链路计算
卫星通信链路计算
一 基本概念 接收信号功率 自由空间传输损耗 EIRP C/N G/T 门限载噪比 二 传输损耗 大气损耗 大气折射损耗 天线跟踪误差损耗 极化误
差损耗 三 噪声与干扰 热噪声 太阳噪声 大气和降雨噪声 地面噪声 互调
噪声 四 链路计算
卫星通信系统链路传输中的基本概念
• 接收信号功率 功率通量密度
通常
G(θ
) 中近似表示为
−
G (θ ) ≈ G (0) ⋅ e
2.77
θ θ1
2
2
所以
L ≈ e 2.77
θ θ1
2
2
Tr
其中 θ1 2为天线的半功率宽度
例 f=4GHz, 10m天线 则接收天线
的半功率宽度
θ1
2
≈
70
λ D
=
0.525o
[ ]L f = 92.45 + 20 lg d + 20 lg f (dB)
例:静止卫星通信线路的上行频率为6GHz,下行频率为4GHz,若地球站与 卫星的距离d为40000公里, 则上下行线路的自由空间传输损耗分别为:
[ ]L f u = 92.45 + 92.04 + 15.56 = 200.05
F
=
Pt 4πR2
(W m2)
Pt : 无方向性天线的发射功率 R: 与天线的距离
接收功率
Pr = FAη (W)
Aη : 接收天线的有效接收面积 (m2)
采用有方向性天线时,若发射天线增益为Gt ,接收天线增
益为 Gr,则
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
F
=
Pt G t 4π R 2
(W m2)
Gr
=
4πA λ2
η
Pr
=
Pt Gt Aη 4πR 2
•C/N , C n0 ,C/T 载噪比 C N = Pr A = Pr
kTsWA kTsW
A为接收机系统增益
Ts 为系统噪声温度
由于在卫星通信中一般采用FM或PSK等恒包络调制,因此解调输入信
噪比与载噪比是相同的,故以C/N作为度量.
C= C = C N n0 N kTN
n0 为噪声功率谱密度
T为等效噪声温度
天线指向误差损耗 LTr 定义为:
LTr =
地球站天线指向对准卫星时,卫星(或地球站)接收到的信号功率 地球站天线指向偏离卫星时,卫星(或地球站)接收到的信号功率
= G (0) G (θ )
式中 G(θ ) 为地球站发射(或接收)天线增益方向图的函数
θ 为天线增益最大值方向与卫星方向的偏角
G(0)为天线增益最大值方向的功率增益
(dB)
[ ] [ ] L f
d
=
Lf
u + 20 lg
4 = 200.05 − 3.52 = 196.53 6
(dB)
• 有效全向辐射功率EIRP (Effective Isotropic Radiated Power)
EIRP = PtGt
(W)
EIRP (dBw ) = Pt (dBw) + G(dB)